磁热耦合下不同注射方式对温度场的影响

磁流体热疗是具有生物相容性的磁性纳米流体注射到靶向肿瘤组织,通过施加交变磁场使注射区域升温达到杀死肿瘤组织目的。热疗期间的温度分布是磁热疗的关键因素,它直接影响了治疗效果。为分析不同注射方式对治疗效果的影响,采用有限元方法,建立磁热耦合模型,分析亥姆霍兹线圈产生磁场的均匀性,讨论了不同电流大小对磁场强度以及温度分布的影响。为了提升治疗效果,分析了不同注射方式对温度分布的影响,并以有效治疗体积这一参数较好的量化了治疗效果。结果表明：亥姆霍兹线圈作为磁场发生装置产生的磁场均匀性较高,不均匀度偏差在1%以内,通入线圈的电流每增加1 A,磁场强度增加195.3 A/m;外加磁场条件相同,采用中心点注射时,组织内的温度最高为49.8℃,有效治疗体积最大为1 156.4 mm³,效果最好;调节外加磁场,使组织内最高温度保持48℃时,采用多点注射时有效治疗体积最大为1 530.7 mm³,治疗效果最好。因此,采用多点注射技术可以使治疗区域温度分布较为均匀,达到更好的治疗效果。     

基于磁纳米温度测量交变磁场激励系统设计

磁纳米温度测量方法有望解决肿瘤热疗中无法实现实时准确的温度测量问题.针对磁纳米温度测量方法在实际应用过程中存在的交变磁场均匀性低、信噪比低、负载阻抗较大的问题展开分析.首先通过分析交变磁场激励系统信号链,提出采用亥姆霍兹线圈作为交变磁场发生装置并从理论分析、模拟仿真和实际测量等层面分析并验证其磁场均匀性;其次针对信噪比低的问题提出采用九阶椭圆无源滤波器,分别通过理论分析、数字模拟仿真和实际测量等方面验证信噪比达到100 d B;最后依据阻抗匹配理论,提出利用串联谐振电路解决负载阻抗较大的问题,通过实际测量发现激励磁场强度达到20 Gs;同时为了解决交变磁场激励系统稳定性问题,提出采用串联大功率电阻的方式实时监测激励电流以保证激励磁场的稳定性.     

肿瘤热疗用交变磁场发生器的研制

装置的磁路部分设计成环回形,磁路中的气隙用于产生高频磁场.在励磁线圈中加入铁氧体磁芯显著增强了装置输出的磁场强度;电路部分采用桥式拓扑结构,因而功率变换效率很高.装置的指标为:频率25～120 kHz,磁场强度6～16 kA/m.对磁场强度的测量表明磁场分布均一.使用该装置加热纳米磁性材料,可使其在室温下升温达28 ℃.这些工作为磁流体肿瘤热疗的临床应用提供了参考.     

基于磁纳米测温的弱磁信号检测系统

肿瘤热疗是一种癌症治疗的新型手段,近年来,利用磁纳米粒子进行温度测量成为研究热点,利用其磁化信号可实现非侵入式温度测量.本系统由磁场探测装置、信号放大电路、数据采集系统和软件处理系统等4部分构成.首先,在研究分析的基础上,选用感应线圈式磁场探测装置,并在此基础上构建了等效电路模型,同时辅以差分线圈以剔除激励磁场信号的影响;其次通过对信号放大电路的仿真结果分析,发现采用级联的方式可以降低总噪声;然后用数据采集卡采集放大后的信号并通过数字相敏检波算法提取幅值;最后通过在Lab VIEW平台开发的软件从软件层面进一步消除激励信号的影响,通过对实验数据的分析,很好的证明了系统的可靠性.     

基于磁致伸缩效应的管道检测纵向导波模型

基于铁磁性材料在磁场作用下具有的磁、力学特性，推导了磁致伸缩无损检测技术在管道中检测导波模型．在静态偏置磁场和通过传感器激励线圈交变电流形成的交变磁场作用下，管道中产生弹性导波，由弹性导波运动方程，推导其位移表达式，由位移求出应变．根据逆磁致伸缩效应，应变导致磁感应强度的变化，其变化引起穿过接收线圈磁通量的改变从而推导出感应电压表达式．由此建立了作用在激励传感器线圈上的电流与接收传感器输出电压之间的定量关系，为磁致伸缩效应用于无损检测提供了检测理论和技术手段．     

基于HMC1022的磁场检测装置设计与研究

根据近几年来针对电磁测试空间性发展的研究,提出一种基于磁阻传感器探头测量动态磁场强度的方法,设计采用单片机的智能化控制磁场测量装置.该装置采用磁阻传感器探头测试二维平面内任何方向的磁场强度,通过单片机控制数据的采集与处理并由LED实时显示磁场的测量值.上位机采用Lab VIEW开发软件作为平台,进一步处理和显示数据.对测试结果进行数据分析,初步表明该测磁装置的设计是实际可行的,为后期的磁场测量研究打下基础.     

羰基铁粉介导的动脉栓塞热疗的可行性研究

 为评价羰基铁粉作为动脉栓塞热疗的一种新型介质的可行性，通过进行羰基铁粉形态学观察和粒径分布检测，对其理化性质进行初步表征；利用L929成纤维细胞进行体外细胞实验，并进行大鼠体内毒性实验，检查羰基铁粉的细胞毒性和生物相容性；体外升温实验中，将羰基铁粉和碘油的混悬液暴露于外界交变磁场，通过设置不同的羰基铁粉含量和磁场强度，评价羰基铁粉在外界交变磁场下的升温情况；体内实验中，以正常新西兰大耳白兔作为动物模型，对其肝动脉进行经动脉栓塞热疗，对比热疗过程中肝组织温度和体温变化情况，并对热疗后兔肝进行病理学检查。细胞毒性研究表明，羰基铁粉具有良好的生物相容性；体内和体外的升温情况表明，在外界交变磁场作用下，羰基铁粉具有理想的升温特性。由此说明，对于动脉栓塞热疗来说，羰基铁粉是一种极具潜力的临床应用候选介质。     

亥姆霍兹线圈磁场均匀性的研究

为了探究亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围,利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,探测了亥姆霍兹线圈轴截面上有限元磁场的大小,以两线圈中心连线的中点为坐标原点,建立坐标系,根据线圈的对称性,得到了亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围.由于毫特斯拉计传感器探头的体积小、分辨率高,因此,该传感器适用于物理实验中弱磁场的测量,用它探测磁场准确度较高,误差较小。     

一种高性能电磁超声传感器线圈背板及其优化设计

为提高电磁超声传感器换能效率,对电磁超声横波传感器的线圈背板进行了优化设计。首先通过实验方法研究了线圈背板厚度对超声信号的影响,然后通过有限元仿真软件对采用羰基铁粉作为线圈背板时的磁场分布进行了仿真,最后通过实验比较了线圈背板优化前后横波传感器的信噪比和提离距离。结果表明:电磁超声横波传感器中线圈背板的最佳厚度为1.5~2.0 mm;采用长度和宽度尺寸与线圈工作区域相同的羰基铁粉作为线圈背板能显著增加传感器工作区域的磁场强度;与采用非导磁性材料作为线圈背板相比,采用优化后的羰基铁粉背板可使传感器的信噪比增加约1倍,提离距离增加约1 mm。     

故障在线监测自编码式棒位指示系统

提出了一种结构简单、工作可靠、测量精度高的控制棒位置指示系统—故障在线监测自编码式棒位指示系统。该系统探测器由一个励磁线圈、Ｎ个测量线圈、一个补偿线圈和一根芯棒组成。其中，芯棒由Ｍ段导磁材料与Ｍ１段非导磁材料间隔分布构成。当芯棒随控制棒在测量线圈中央轴向运动时，励磁线圈上输入的交变信号必然在测量线圈上产生交变感应信号，通过接收这些测量线圈的输出信号并进行处理从而判断控制棒棒位。本文详细地介绍了该系统工作原理、硬件结构、软件框图及试验。结论表明：它比现役压水堆使用的线圈编码棒位指示系统性能优越并具有更多的功能—故障在线监测功能，它可完全满足供热堆的棒位测量要求并可用于其他水堆的棒位指示。     

A wireless magnetic sensor for localizing in-vivo medical micro-devices

In order to measure the position and orientation of in-vivo medical micro-devices without the line-of-sight constraints, a wireless magnetic sensor is developed for an electromagnetic localization method. In the electromagnetic localization system, the wireless magnetic sensor is embedded in the micro-devices to measure alternating magnetic signals. The wireless magnetic sensor is composed of an induction coil, a signal processor, a radio frequency (RF) transmitter, a power manager and batteries. Based on the principle of electromagnetic induction, the induction coil converts the alternating magnetic signals into electrical signals. Via the RF transmitter, the useful data are wirelessly sent outside the body. According to the relation between the magnetic signals and the location, the position and orientation of the micro-devices can be calculated. The experiments demonstrate the feasibility of localizing in-vivo medical micro-devices with the wireless magnetic sensor. The novel localization system is accurate and robust.     

基于ERTU的机床振动信号采集处理的硬件系统研究

该文设计了一种基于ERTU的机床振动信号采集处理的硬件系统。该系统通过ICP加速度传感器采集模块,存储模块,主系统模块等,把电信号转化为数字信号送入ERTU系统,从而实现振动信号的采集和处理。     

基于霍尔元件阵列的缺陷漏磁检测技术研究

利用高灵敏度霍尔器件,设计研制了多通道阵列式漏磁检测传感器及信号处理电路.对不同几何参数的铁磁性试件缺陷进行了检测实验研究,该漏磁检测系统可实现地磁场激励和人工弱磁激励下的缺陷信号图像显示.探讨了基于多通道漏磁信号的缺陷表示方法,并利用人工神经网络技术对基于多通道传感器漏磁信号的缺陷反演问题进行了初步研究,表明利用霍尔元件阵列检测装置和人工智能信息处理方法,可以实现多通道漏磁信号与缺陷参数的非线性拟合,进而实现漏磁检测中的缺陷定量化分析.     

应用于力促动器的高精度力采集系统设计

对力信号的高精度采集是实现力促动器系统精确控制的前提。设计了高精度力传感器信号采集系统,包括力采集模块、DSP处理模块和上位机软件。力采集模块在对力传感器信号调理后采用ADS1259芯片实现了模数转换过程;DSP处理模块读取ADC输出的数字信号并与上位机通信;上位机软件使用Python设计,实现了对数字信号的处理与显示。经过测试,该系统采集误差小于0.1 m V,采集数据波动小于20μV,可以为力促动器系统的闭环控制提供依据。     

数字化人体心率检测仪的设计

文章介绍了一种基于人体脉搏信号特征的数字化人体模型心率检测仪的设计.该仪器采用反射式红外传感器获取脉搏信号,以uPSD3234单片机为主控芯片,对红外信号进行A/D转换,采样数据经低通滤波,数字微分后,选择适于脉搏微分波形的模板进行匹配滤波处理,实现了对脉搏波的检测,并使用了一种中值算法来提取有效的脉搏时间间隔,从而获得精确的心率值.实验表明:检测仪的设计和数据处理方法是可行的.     

基于ADuC845的稳恒磁场测量仪设计

针对磁场测量仪器电路复杂、携带不便等缺点,探讨了新型的稳恒磁场测量仪的设计方案.采用线性霍尔传感芯片SS495A1检测磁场信号,以单片机ADuc845为控制核心,完成磁场信号的程控放大、模数转换和数字滤波.经过实测,系统的稳定测量范围为-50mT至50mT,测量精度达0.1mT.     

磁通门信号处理电路的设计与研究

针对磁通门传感器检测到的环境磁场强度信号，运用谐波选择法，设计了磁通门信号处理电路。电路系统采用闭环控制，磁通门信号处理电路由磁通门激碰电源电路、选频放大器、相敏检波器、积分环节、反馈环节组成，实现了将环境碰场强度信号与电压信号转换。电路简单、调试容易、工作稳定。笔者给出了电路图和反馈系数等关键数据的计算方法。     

塔康导航系统机载中频信号数字化技术

现用的塔康设备以模拟体制为主,难与数据设备系统交连,因而有必要进行数字化改进,基于软件无线电思想中的中频信号数字化技术已被广泛应用到现代通信领域。由FPGA和DSP构成的硬件系统为先进数字信号处理技术的实用化、工程化提供了实现平台。首先分析了塔康导航信号特点,然后运用数字信号处理技术,结合大规模数字集成电路,在FPGA和DSP搭建的硬件平台上讨论并实现了塔康导航系统机载中频信号的数字化处理,所得结果证明,所采用的算法达到了塔康系统的性能要求,并且较之传统的模拟机载系统具有节省功耗、空间的优点。     

Improved time-interleaved error feedback delta sigma modulator for digital transmitter application

Time-interleaved structure can promote the equivalent processing speed of a digital signal processing system. An improved time-interleaved error feedback delta sigma modulator( TI-EF-DSM)for digital transmitter application is presented in this paper. Two TI-EF-DSMs are compared,one is a conventional directly implemented and the other is the improved. The processing speed of the proposed two-channel improved time-interleaved error feedback delta sigma modulator( ITI-EF-DSM) is higher than the conventional directly implemented TI-EF-DSM for shortened critical path. A digital transmitter based on the ITI-EF-DSM is implemented on field progrmmable gate array( FPGA). The long term evolution( LTE) signals with different bandwidths of 5 MHz,10 MHz and 20 MHz are used as the signal source to evaluate the transmitter. The achieved SNR is 41 dB for the 20 MHz LTE signal with the processing clock of only 184 MHz.     

动物交变磁诱导系统的实验设计

交变磁场的生物效应是近年医学领域研究的热点课题之一。进行了交变磁场调节人大脑精神状态的研究,设计了一套适用于动物的经颅磁诱导系统,采用环形单线圈作为磁场的产生装置,利用单片机产生不同模式的模拟信号,并通过功率放大电路,驱动线圈产生所需磁场,从而在动物颅脑中心感兴趣的区域产生500Gs的磁场。测试表明,该系统性能稳定,满足动物实验的要求。